细胞生物学进展课件

第一章绪论一、细胞的发现1665年，R.Hooke发表了《显微图谱》一书，描述了用自制显微镜（30倍）观察软木塞切片时发现的“cellar”.1674年，荷兰布商列文虎克自制了高倍显微镜（300倍），观察到血细胞、池糖水滴中的原生动物、人类和其它哺乳动物的精子。二、细胞学说的建立第一阶段：1838-1839年，德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺两人共同提出细胞学说：一切动植物都是由细胞构成的，细胞是一切动植物的基本单位。第二阶段：新的细胞可以通过老的细胞繁殖产生。1858年，魏尔肖指出细胞只能来源于细胞。进一步指明细胞是一个相对独立的单位。第1页，共30页。三、细胞学的经典时期：主要细胞器和细胞分裂活动的发现。四、实验细胞学时期：O.Hertwig采用实验方法研究海胆和蛔虫卵发育中的核质关系，创立了实验细胞学。五、细胞生物学学科的形成与发展20世纪50-60年代：生物化学与细胞生物学的相互渗透与结合。20世纪70年代：分子生物学概念引入到细胞学20世纪80年代：细胞生物学的主要发展方向为分子细胞生物学。第2页，共30页。问答题：简述细胞学说的建立过程及主要内容，并说明为什么说细胞学说的真正完善是1858年。第3页，共30页。第二章细胞的统一性与多样性一、支原体最小、最简单的细胞，具备了细胞的基本形态结构，并具有人微言轻生命活动基本单位存在的主要特征。具有细胞生存所需要的最低数量的蛋白（700多种）。以一分为二的方式进行繁殖。维持细胞基本生命活动细胞的最小极限不可能小于100nm，支原体己接近该极限。第4页，共30页。二、原核细胞的两个代表：细菌与蓝藻1.细菌：没有典型的核结构，只有类核，核区不表现Feulgen正反应。细胞表面饮食细胞质膜、中膜体、细胞壁、荚膜、鞭毛。其核糖体沉降系数为70S，小部分为附着核糖体，大部分为游离。除了核区DNA外，还存在可自主复制的遗传因子（质粒）2.蓝藻：遗传物质的所在部位为中心质，DNA含量比原核生物大。最简单的光能自养生物之一。仅含叶绿素a。细胞质膜外有细胞壁和一层胶质层（又称为鞘），细胞体积较其它原核生物要大。第5页，共30页。问答题：为什么说支原体可能是最小最简单的细胞存在形式？为什么说古核细胞比细菌更有可能是真核细胞的祖先？简要说明抗生素的杀菌机理及细菌对抗生素的耐药性的形成过程。讨论下面的论述：“病毒是寄生物，它们对宿主生物是有害的，使宿主生物在进化过程中处于不利的地位。”真核生物内膜结构体系的形成有什么意义？判断下面的说法是否正确：“所有的生命体均由细胞构成”，并解释原因。第6页，共30页。第三章细胞生物学的研究方法相差显微镜：原理：光线通过不同密度的物质时，若密度大则光滞留的时间长，反之则短。相差显微镜正是利用这一点，将相位差转换成振幅差。应用：样品不需要染色，可以观察活细胞，甚至细胞核、线粒体等细胞器的动态荧光显微镜：原理；物质中的电子吸收光能后由低能状态转变为高能状态，再加到低能状态时释放出的光就是荧光应用：鉴定来细胞结构、对特异蛋白质等生物大分子进行定性、定位负染色技术：构成生物体的一些分子是由一些原子序数很低的轻元素（C、H、O、N）组成的，它们散射电子的能力很弱，在电镜下几乎不形成明暗反差，为使生物样品加大反差，用重金属对其进行染色，增加散射电子的能力，从而衬托样品的精细结构。第7页，共30页。冷冻蚀刻技术：用快速低温冷冻法对样品迅速冷冻（液氮），并在低温下进行断裂。用铂、金等金属进行倾斜喷镀形成对应于凹凸的电子反差，再经碳垂直于断面进行真空喷镀，形成一连续的碳膜用消化液将样品消化，将碳膜及其构成图形的金属微粒移到载网上进行电镜观察。电镜三维重构技术：是电子显微镜、电子衍射技术与计算机图像处理相结合而形成的，适合于生物大分子三维结构的分析。首先，在不同倾角下对样品进行拍照，将所得到的系列图片经傅立叶变换，获得样品的三维结构电子密度图。目前，该技术与X射线衍射技术、核磁共振分析技术相结合，成为当前结构生物学的主要实验手段。第8页，共30页。细胞内核酸、蛋白质、糖与脂质等万分的显示方法：利用一些显色剂与被检测物质中某些基团特异性结合，通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来进行物质的定性与定量分析。DNA：Feulgen反应多糖：PAS反应不饱和脂肪酸：四氧化俄磷脂：苏丹III蛋白质的酪氨酸：米伦碱性磷脂酶：格莫瑞第9页，共30页。特异蛋白抗原的定位与定性：根据抗体能与对应抗原自行识别并结合的免疫学原理，检测特定蛋白质在细胞内的分布状况和含量。免疫荧光技术：免疫电镜技术（免疫酶标技术、免疫铁蛋白技术、免疫胶体金技术）细胞内特异核酸序列的定位与定性：确定特异核酸序列在细胞中或者染色体上的位置原位杂交技术放射自显影技术：生物大分子在细胞内的动态合成过程。放射性同位素物质流式细胞仪：定量测定细胞中DNA、RNA或特异蛋白质含量及对相应类型细胞精确分选。第10页，共30页。问答题：细胞组分分析方法有哪些基本实验技术？哪些技术可用于生物大分子在细胞内的定性与定位？为什么说细胞培养是细胞生物学研究的最基本技术？在研究工作中分离得到一个与动物减数分裂直接相关的基因，如果想得到该基因的单克隆抗体，请说明实验原理与方法。第11页，共30页。第四章细胞质膜基本定义：脂质体去垢剂影响膜脂流动性的因素主要有：荧光漂白恢复技术细胞质膜的基本功能什么是膜骨架？研究膜骨架时为什么使用红细胞作为研究材料？请述叙红细胞膜骨架的基本结构与功能设计两个证明细胞膜流动性的实验第12页，共30页。第五章物质的跨膜运输载体蛋白及其功能通道蛋白及其功能根据能源来源的不同，主动运输可以分为哪几种类型？P型离子泵的结构特点：V型质子泵和F型质子泵动物、植物和原生动物是通过什么机制应对低渗膨胀作用的？叙述网格蛋白有被胞饮小泡形成的机理。为什么协同转运是间接消耗ATP的？两种协同转运有什么不相同的地方？第13页，共30页。第六章细胞的能量转换：线粒体与叶绿体线粒体和叶绿体的DNA线粒体蛋白的运送是如何实现的？导肽有什么特点？叶绿体蛋白是如何实现定向运送与装配的？由核基因编码、在细胞质核糖体上合成的蛋白质是如何运送至线粒体和叶绿体的功能部位上的？为什么说线粒体和叶绿体是半自主性细胞器？假如一种带正电荷的脂溶性荧光染料对代谢活动旺盛的真核细胞进行染色，你认为最有可能在哪种细胞器中观察到？为什么？经过低渗溶液处理后，线粒体内膜和外膜将发生怎样不同的变化？为什么？简述ATP合成酶的结构特点，组成和主要特点。第14页，共30页。第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输请述叙两种基本类型内质网的结构与功能特点。请述叙分泌蛋白的分泌过程蛋白质的糖基化有什么功能？请说明溶酶体的生物发生途径。细胞内的蛋白质有不同的种类，请从蛋白质合成部位及去向方面对其分类并进行说明。糙面内质网上合成哪几类蛋白质？它们在内质网上合成有什么生物学意义？指导分泌蛋白在糙面内质网上合成需要哪些主要结构或因子？它们如何协同作用完成肽链在内质网上的合成？为什么跨膜糖蛋白的糖基总在细胞膜的外侧？第15页，共30页。什么是重链结合蛋白（Bip）？它有什么作用？简述分泌蛋白的运输过程？第16页，共30页。第八章细胞的信号转导信号分子与受体：化学信号分子：激素、局部介质、神经递质等物理信号分子：光、电、温度的变化等气体分子：NO细胞内受体细胞表面受体第二信使与分子开关一类是GTPase蛋白蛋白磷酸化与去磷酸化cAMP信号通路有哪些蛋白因子或酶参与？它们在信号传递过程中各起到什么作用？第17页，共30页。磷脂栈肌醇双信使信号通路受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路。细胞以什么方式实现对信号的控制？请总结细胞信号的整合方式与控制机制。请述叙霍乱毒素导致腹泻的信号传递机制cAMP的效应为何随鞭细胞的不同而不相同？第18页，共30页。第九章细胞骨架1.微丝：主要结构成分：肌动蛋白肌动蛋白在细胞内存在的形式：肌动蛋白单位（球状肌动蛋白）和纤维状肌动蛋白。其外观呈碟状，中央有一裂口，可结合ATP和Mg++微丝组装的动力学特性和踏车现象。细胞皮层、应力纤维、细胞伪足、微绒毛、肌肉的收缩等都与微丝有关。第19页，共30页。一类是GTPase蛋白caspase依赖性细胞凋亡：什么是重链结合蛋白（Bip）？它有什么作用？进一步指明细胞是一个相对独立的单位。简述细胞学说的建立过程及主要内容，并说明为什么说细胞学说的真正完善是1858年。请述叙两种基本类型内质网的结构与功能特点。简要说明抗生素的杀菌机理及细菌对抗生素的耐药性的形成过程。遗传物质的所在部位为中心质，DNA含量比原核生物大。进一步指明细胞是一个相对独立的单位。其核糖体沉降系数为70S，小部分为附着核糖体，大部分为游离。以一分为二的方式进行繁殖。细胞内的蛋白质有不同的种类，请从蛋白质合成部位及去向方面对其分类并进行说明。如：在细胞内，caspase激活的DNA酶（CDA）通常是与其抑制因子结合在一起的形成ICAD，此时是没有活性的。2.微管：由a微管蛋白和B微管蛋白组成，两者都可以结合GTP，前者结合的GTP从不进行水解或GTP/GDP交换；后者结合的GTP可以进行水解和GTP/GDP交换。aB微管蛋白异二聚体纵向排列形成原纤丝，13根原纤丝合拢后构成微管的管壁。微管的体外组装过程可分为成核和延伸两阶段。具有起始微管的组装和延伸的结构称为微管组织中心。细胞内，驱动蛋白能够介导膜泡沿微管向微管的正极移动，胞质动力蛋白能够介导膜泡向微管负极移动。纤毛和鞭毛是真核细胞表面具有运动功能的特化结构，其运动靠相邻二联体微管之间的相互滑动。在细胞分裂过程中，动粒微管牵引染色体的运动，极微管的滑动和星体微管的解聚使细胞的两极离得更远。第20页，共30页。中间丝（中间纤维）：以异源二聚体的形式参与中间纤维的组装。组装过程不需要ATP或GTP提供能量，其去组装和重组装过程与中间纤维蛋白的磷酸化与去磷酸化有关。核纤层结构是位于内层核膜内侧的一薄层纤维网架结构，由V型中间纤维蛋白组装而成。核纤层的组装与去组装与核纤层蛋白的去磷酸化和磷酸化有关。其磷酸化受细胞分裂促进因子（MPF）调节。问答题：如何理解细胞骨架的动态不稳定性？这一现象与细胞生命活动过程有什么关系？第21页，共30页。第十章：细胞核与染色体核被膜在细胞周期中的崩解与组装：受MPF调节，该过程与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸化有关。核孔复合体的功能：被动扩散；主动运输；染色质活化与基因激活：DNA局部结构的形成——组蛋白的修饰——HMG结构域蛋白的影响。染色体DNA的3种功能元件：自主复制DNA序列：确保染色体在细胞周期能够自主复制着丝粒DNA序列：保证染色体DNA平均分配到子细胞中去端粒DNA序列：保证染色体的独立性和稳定性（有丝分裂计时器）第22页，共30页。细胞是如何保证众多的生命活动在细小的细胞核内有序进行的？核定位信号是一种永久性的信号，这是否对生命活动有意义？假如在分离于细胞核的一种蛋白上发现了O-连接和N-连接糖基化修饰，请推测这些蛋白在核上的定位及其中可能牵涉到的机制。第十一章核糖体为什么真核生物的总RNA在电泳时呈现出3条带？为什么说核糖体是蛋白质生物合成的场所，请设计一个实验进行证实？第23页，共30页。第十二章细胞增殖及其调控细胞周期中各个不同时相及其主要事件特殊的细胞周期举例说明CDK激酶在细胞周期中是如何执行调节功能的。第24页，共30页。第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老细胞凋亡的分子机制：重要分子有：caspase超家族、天然caspase抑制剂、IAP、bcl-2家族等。细胞凋亡受到哪些因素的调控？复制衰老的可能机制是什么？细胞凋亡的分子机制：途径：caspase依赖性细胞凋亡不依赖于caspase的凋亡途径第25页，共30页。caspase依赖性细胞凋亡：Caspase：存在于细胞质中的具有类似结构的蛋白质，能够特异性切割靶蛋白天冬氨酸残基的肽键，从而使靶蛋白活化或失活。根据其在细胞周期中执行的功能不同，可以将caspase分为两类：凋亡起始者和凋亡执行者。两者通过均以没有活性的酶原形式存在于细胞质基质中，接受凋亡信号刺激后，酶原分子在特异的天冬氨酸残基位点被切割，形成由大小两个亚基组成的异二聚体，成为有活性的caspase。其中，起始caspase属于同性活化，即酶原分子聚集成复合物达到一定浓度时，就彼此切割而活化。执行caspase属于异性活化，即由起始caspase对其招集并切割。起始者负责对执行者前体进行切割，产生有活性的执行者。执行者负责切割结构蛋白和功能蛋白，导致被切割蛋白失活。（信号放大）第26页，共30页。细胞凋亡时，DNA的切割与凋亡小体的形成机制：caspase对于底物的切割，有时会使一些酶活化。如：在细胞内，caspase激活的DNA酶（CDA）通常是与其抑制因子结合在一起的形成ICAD，此时是没有活性的。细胞凋亡时，执行caspase被活化，它会切割ICAD，使CAD释放出来，CAD将对核小体间的DNA进行切割，最终产生200bp左右的DNA片断。活化的执行caspase还可以切割核纤层蛋白，导致核纤层解聚，同时，也对核孔蛋白和细胞支架蛋白进行切割，导致细胞核质间信号传递中断，细胞质与染色质凝聚，产生凋亡小体。第27页，共30页。简述ATP合成酶的结构特点，组成和主要特点。如：在细胞内，caspase激活的DNA酶（CDA）通常是与其抑制因子结合在一起的形成ICAD，此时是没有活性的。简述分泌蛋白的运输过程？影响膜脂流动性的因素主要有：二、原核细胞的两个代表：细菌与蓝藻进一步指明细胞是一个相对独立的单位。不饱和脂肪酸：四氧化俄细胞组分分析方法有哪些基本实验技术？哪些技术可用于生物大分子在细胞内的定性与定位？活化的执行caspase还可以切割核纤层蛋白，导致核纤层解聚，同时，也对核孔蛋白和细胞支架蛋白进行切割，导致细胞核质间信号传递中断，细胞质与染色质凝聚，产生凋亡小体。什么是重链结合蛋白（Bip）？它有什么作用？20世纪70年代：分子生物学概念引入到